硝酸盐还原浸出的农艺管理

2020年1月7日,

内布拉斯加州的主要问题是硝酸盐向地下水的淋溶和地下水中供人类消费的硝酸盐含量过高的现象日益增多。NO的浸出量_3.^-取决于土壤NO_3.^-浓度在不同的土壤深度层和水的运动的超出根区域的数量向下通过这些土壤层。硝态氮淋并不像冲洗马桶！它与在土壤中的水的硝酸盐浓度的调整逐渐下降的运动，因为它通过渗滤许多土壤层。大部分浸出预计从四月到六月下旬（图1）发生。本文提供的信息的实际凝结大量的研究工作，并推广出版物提供管理选项硝酸盐减少淋失（NO_3.^-)渗流区并最终到达含水层(图2)。减少NO的9个农艺管理机会_3.^-浸出得到解决，大多数具有很少或具有降低的氨挥发和氧化亚氮没有成本和常（N₂O)排放到大气中。

避免过多的水

一季充分灌溉的玉米作物用量约为26英寸的水包括储存的土壤水、降雨和灌溉用水．如果发生土壤蒸发和深层渗漏的重大损失，可能需要更多的水。在作物高耗水量之前的春季进行深层渗透是不可避免的，特别是内布拉斯加州的沙质土壤。虽然这种深层渗流通常最终有助于含水层的补给，但它也携带NO_3.^-地下水。当作物成熟时，可以通过合理安排灌溉和耗竭土壤水分来减少深层渗漏，以便使土壤储存降水。土壤没有_3.^-可以通过以下方法来降低浓度。

耕作制度

前茬作物

玉米-大豆轮作的肥料-氮回收(定义为每施用一磅肥料-氮，地上作物吸收的磅数增加)大于大豆轮作连续的玉米．旋转的更大的复苏是由于更好的N采收率由玉米与大豆而不是玉米与前面的作物,还因为大豆平均约55 - 70%的植物N生物固定的大气和有效地进行土壤无机N满足平衡的需要。

的晶粒-N的平均量在收获除去内布拉斯加为约施加肥料-N 0.7磅/磅连续玉米但接近1.0磅/磅的玉米 - 大豆转动。施加的N量与玉米 - 大豆旋转是围绕的与连续施加玉米40％。更大的回收效率和大大降低肥料-N施加有望降低NO_3.^-1包气带的负荷(从根部到饱和含水层顶部的深度)和向地下水的移动。内布拉斯加州一项长达20年的研究表明，玉米-大豆轮作与连续种植玉米相比，60英尺深的硝酸盐积累量减少了28%但这是被低估的，原因是大豆过度灌溉和大豆后玉米过量施氮;NO减少40-50%_3.^-浸出的可能性更大。

紫花苜蓿在旋转

紫花苜蓿与一年生作物轮作减少NO的价值_3.^-几十年来，浸出损失一直是公认的。此外，紫花苜蓿对无机氮的吸收约为10-12英尺深，并使用NO_3.^-在灌溉水中，与紫花苜蓿轮作所需的氮肥约为其中45%需要玉米-大豆轮作．苜蓿5年轮作玉米-大豆5年轮作的收益可能大于玉米-大豆轮作。在爱荷华州，每年有50%的时间轮换使用紫花苜蓿是有好处的与玉米-大豆轮作相比，硝态氮损失减少42%．苜蓿轮种似乎特别值得社区井口保护区考虑。

双种植

种植覆盖作物或一年生饲料作物，无论是放牧还是切割收获，都增加了相对于实现的生长的剩余无机氮吸收。氮素吸收可能是每1000磅干物质25-30磅，这取决于生长阶段和物种。吸收将主要从0-12的深度，而更深的硝酸盐最容易在初级作物的生根深度以下淋洗。植物氮素不能完全用于下列主要作物;部分覆盖作物的氮素可能在主要作物停止吸收氮素后可用于主要作物的后期生长。因此，在这种覆盖或饲料作物之后，通常需要额外的氮肥来维持产量。豆科覆盖作物由于含氮量较高，早期固氮量低于非豆科覆盖作物。对于放牧地来说，排泄出来的氮不会因氨挥发而流失，很快就会被作物和土壤微生物吸收。二熟对NO的影响_3.^-堆积在渗流还有待验证，但更大的影响预计为土壤含砂量的增加。冬季黑麦覆盖作物在爱荷华州被认为是减少NO的原因_3.^-瓷砖排水损失．

硝化抑制剂和特种氮肥料

延缓肥料氮转化为高度流动的NO的产品_3.^-从20世纪60年代开始就有了，并被广泛研究。多的信息是现成的．如果目标明确并及时使用这些产品，可以在减少NO的浸出方面发挥一定的作用_3.^-从肥料- n，而不是从残余土壤NO_3.^-，沙质壤土或沙质土壤。最大NO_3.^-内布拉斯加州大部分农田的淋滤潜力是在5月和6月初，尽管全年沙质土壤的淋滤潜力很大。硝化抑制剂或氮肥产品的使用需要定时，以尽量减少肥料氮的硝化作用，在高淋溶潜力的时间，如4月至6月施用。内布拉斯加州连续灌溉玉米20年期间，施用硝化抑制剂并不能有效降低粉砂壤土的淋失，而过量施用氮肥效果显著(图3)。结果表明，施用硝化抑制剂降低NO的潜力不大_3.^-对于粉砂壤土、粉砂粘土壤土和质地较好的土壤，可能是由于与沙质土壤相比，根区以下渗透的水相对较少。使用硝化抑制剂和后期施用的无水氨可以降低NO_3.^-特别是在含有沙壤土或沙质土壤的土地上，对玉米带东部各州的产量有一定的提高。在爱荷华州，使用无水氨的抑制剂可以减少7%的硝酸盐损失抑制剂的使用与弹簧应用不是他们的策略的一部分．在爱荷华州，与春施氮相比，秋季施氮对瓷砖排水的硝态氮损失多6%，而当季施氮比种植前少4%。NO的一些减少_3.^-在6月1日之前的春季，内布拉斯加州预计将对沙壤土或沙质土壤施用氮肥抑制剂。总的来说，硝化抑制剂的使用应该是有针对性的，并且只有一小部分策略来减少NO_3.^-1浸出。

图3。研究了施氮量和硝化抑制剂硝基吡啶对NO的影响_3. ^-在中南部农业实验室，连续20年用淤泥壤土灌溉玉米，使-N积累到30英尺深。

肥料氮

内布拉斯加州农田每年施用的有机氮相当于130万至160万英亩农田每年施用150磅氮肥。从土地施用的肥料和其他有机材料的有机氮有效性没有很好地预测。UNL对肥料氮有效性的建议是保守的低，以防止产量损失，但太低，以最小化NO的淋失_3.^-．例如，总共目前，肉牛养殖场肥料中47%的有机氮是在施用后的三年内计入的而实际平均信贷是关于75％．如果地下水质量保护是高度优先事项，则应给予更大的信任。农作物需要增施氮肥可以评估使用远程manured字段用于感测冠层反射的高氮利用率．与传感器引导在季氮肥为manured领域，预植物氮肥不应超过60磅/英亩，以允许的肥料氮的吸收，同时允许对于需要足够不足用于向由所述冠层反射来指示附加的N。

避免过量施氮

施氮量

肥料-N速率对NO的浸出有很大的影响_3.^-．当N率从134磅/英亩/年的（150公斤/公顷/年）增加至268磅/英亩/年的（300公斤/公顷/年），附加134磅/英亩的约20％的当量/年后上的粉砂壤土20年灌溉连续玉米的（图3）在渗流区累积30英尺的深度。可能的是，更多的NO_3.^-当N大于200 lb/ac时，第二次速率增量(134 lb/ac/yr)的损失可能为>25%。这种损失在沙壤土或沙质土壤中可能更大，除非大多数氮肥是根据作物估计的氮需求按季节施用的。

作物产量响应到N个评分被弯曲以作为示出了用于按照在内布拉斯加（图4）玉米至N的估计平均响应灌溉玉米产量增加减少到零如N速率增加。的产量增益的值小于肥料-N的使用成本一旦超过最有利可图的N值（经济上最佳N值，EONR）。因此施氮效率随施氮量的增加而降低．基于高产量玉米响应跨内布拉斯加肥料-N，以下玉米为50磅/英亩的N值增量为玉米的平均回收效率分别为53％，用于150〜200磅100至150磅/英亩N，38％玉米大豆以下为50磅/英亩的N值增量/ AC N，以及用于200〜250磅/英亩N. 24％同样的回收效率分别为50至100磅/英亩ñ74％;51％为100〜150磅/英亩N;和150〜200磅/英亩N. 28％

图4。玉米产量(粮食产量= 240 ~ 87.7*0.985N)和净氮还田($NRTN)对施氮量的响应。内布拉斯加州平均进行了13次试验．

全州沙壤土或沙质土壤灌溉玉米的平均EONR约为220磅/立方厘米，玉米和大豆的平均EONR约为174磅/立方厘米

产量目标为220亩/亩(由州平均灌溉玉米产量确定)，
无水氨700美元/吨(购买加应用成本)，
350美元/吨32%元，
2.0％土壤有机质，
10 ppm没有_3.-N在灌溉水中施用10英寸
60%的氮肥应季施用

尽管肥料-N恢复因为由于大大提高了产量六十年代几乎翻了一番没有大幅提高肥料N应用，生产者的平均氮速率可能比20-30磅/ac多EON.．这种过量氮肥的平均回收率在玉米后为24%，大豆后为28%，可能有很大比例的过量氮肥被NO淋洗损失_3.^-．

UNLÑ算法和计算EONR

的UNL N速率算法为准确估算砂土和非砂土的平均EONR，已多次得到验证。然而，由于气候和增长态势的变化，实际EONR与平均EONR有很大的偏差。这个变化不能解释季前估计的氮需求。因此，UNL长期以来建议根据作物情况在季节中施用大量的氮肥，以更好地确定EONR，减少NO_3.^-浸出。这对于沙质壤土或沙质土壤尤其如此，因为在6月1日之前，玉米的氮肥应≤75磅/公顷。在20世纪90年代初到21世纪初，赛前(或赛季末)服装的使用没有_3.^--N土壤测试要么叶绿素米推荐用于测定当季施氮量。最近，冠层反射的遥感被用来确定当令N率．的玉米N模型是用于确定在季氮水平，包括为施肥决定的替代或遥感互补。中季应用可以是具有均匀或取决于作物氮需要的变化可变速率。

降低税率的多重好处

氮损失主要由淋滤、挥发、反硝化和氮₂O的释放与N的速率有关。因此，降低氮肥用量有多种效益(//www.p-p-f.com/2019/effects-reduced-n-rate-corn-profitability-and-氮素损失)。在表1中，降低氮肥用量是为了减少NO的淋溶_3.^-对于N的减少₂O +二氧化碳当量(CO_{2 e})排放。由于EONR的氮肥减少是在氮肥减少对产量影响不大的情况下，NO的减少_3.^-浸出和N₂O(和有限公司_{2 e})的排放可以以低成本实现。降低NO的成本_3.^-浸出与氮肥降低50磅/ ac变化从0.29到0.69美元/磅淋溶nitrate-N(1.1纯收益减少2.6%;氮肥)后对玉米玉米和0.53 - 1.18美元/磅N淋溶nitrate-N(1.7纯收益减少4.1%;氮肥)对玉米大豆之后。同样，每吨减少的CO的估计成本_{2 e}发射由于向上的肥料-N削减到50磅/英亩变化从$ 19.72 47.45到/吨CO_{2 e}玉米价格为14.48 - 32.62美元/吨_{2 e}大豆后的玉米。相比之下，CO的估计成本₂在燃煤电厂捕获，并运输和无限期的长期储存，总金额从每吨50到200美元。当氮肥利用率高于EONR时，淋溶氮和CO减少_{2 e}排放可以免费实现。

表1。降低氮量25或50 lb/ac对淋滤硝酸盐和温室气体排放(CO .， CO .)的影响_{2 e}）。这假定是土壤沙壤土或具有>在季节施加N个50％沙质。当先前作物是大豆或玉米，分别假定在经济上最佳N值（EONR）是150或195磅/英亩，和肥料-N输给浸出等于8％或在肥料-N 20％附近EONR。这是假设的N个₂O-N发射等于氮肥率的1％和等于4.7磅CO_{2 e}/磅n，其中额外的2.8磅CO_{2 e}/lb N由于CO₂与肥料-N的生产，tranport和使用相关联的发射。据推断，玉米粒值是$ 3.50 /蒲式耳和氮肥的使用成本是$ 0.30 /磅。
前茬作物	玉米		大豆
EONR的速率降低，lb/ac	25	50	25	50
产量变化,bu /交流	-2.46	-6.17	-2.36	-5.55
NRTN†变化，$ /英亩	-1.43	-6.88	-1.05	-4.73
NRTN变化,%	-1.06	-2.65	-1.74	-4.1.
淋溶NO_3.- n减少,磅/交流	-5	－10	-2	-4
没有成本_3.- n减少,美元/磅‡	0.29	0．69	0.53	1.18
有限公司_{2 e}排放减少,磅/交流	-188	-375年	-188	-375年
公司的成本_{2 e}减少$ /吨	15.25	36.69	11.2	25.23

†NRTN，净返回到氮肥施加。
通过NO的减少来估计减少的成本_3.-N浸出或CO_{2 e}单独排放，不涉及其他减少。

总结

有很多机会减少NO_3.^-浸出在适度的费用或免费的含水层，同时降低氨挥发和CO_{2 e}使用下列九种方法中的一种或多种进行排放。

灌溉，以最大限度的净收益和土壤蓄水的降水。
玉米轮作后玉米的使用频率降低，氮肥利用率远低于玉米-大豆轮作。
苜蓿轮作，如10年轮作5年与一年生作物，尤其适用于社区井口保护区。
两熟，在主要作物之后种植覆盖物或饲料作物，特别是在有大量残余土壤NO_3.^-预计，土壤水分耗竭不太可能限制以下主要作物。
从4月到6月，在沙质壤土或沙质土壤使用硝化抑制剂或特殊氮肥，以减少淋失。
充分利用肥料或其他土壤施用的有机材料，结合作物冠层反射率指导的当季肥料施氮。
EONR的施氮。
以低于EONR的价格施氮，成本较小，如低于EONR 25 lb/ac的肥料氮净收益减少1.4%，低于EONR 50 lb/ac的肥料氮净收益减少3.4%。
在季节施用氮肥，尤其是对于砂质壤土或沙质土壤，作物冠层的反射率和/或模型模拟引导。

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